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4.5 计算机仿真例题

刘宝玲 主编,张静、张艳、安维胜、徐惠民 编著高等教育出版社《电子电路基础(第2版)》大学本科 · 教材双语助读 (Alt+Y)

设有晶体管共射放大电路如图 4.5.1 所示,试做如下分析:

图 4.5.1 共射放大电路

(1) 求该电路的增益和带宽;

(2) 试分析负载电阻 R_(L) 变化对于增益和带宽的影响;

(3)试分析信号源内阻 Rₛ 变化对于增益和带宽的影响。

解

使用仿真的方法来求解该题。在 OrCAD 中将该图绘出,如图 4.5.2 所示。在绘制该图时,需要注意如下几点:

图4.5.2 OrCAD中的原理图

(1)由于题目中未指明晶体管的具体参数,为进行题目求解,可任取一种 NPN 型晶体管放入,本例中使用的为 Q2N2222。

(2)由于需要分析不同参数变化对频率特性的影响,故在图中放入可变参数器件,并将根据题目需要将不同电阻的取值设置为该可变参数。

(3)为观察电路的频率特性,在负载端处放置一个电压探针。

(4)由于需要观察不同情况下的频率特性,故信号源使用了 VAC(即交流信号源)形式。应注意此时仿真输出电压幅值可能大于电源电压,但该值仅用于计算增益,而非代表输出电压的实时幅值。

完成原理图的绘制后即可进行相应的仿真工作,为能看清频率特性的全貌,本次仿真中,设置起始频率和中止频率分别为100 Hz和100 MHz,且每10倍频程取100个点,仿真结果如图 4.5.3所示。

图 4.5.3 基准频率特性曲线

使用软件自带的测量工具(在 Trace→Evaluate Measurement 菜单项下)对该曲线进行分析,可得其 3 dB 带宽为 7.25 MHz,中频增益为 155.8。

为分析负载电阻 R_(L) 变化对于增益和带宽的影响,可将 R_(L) 的值设置为变量并使用参数仿真。仿真时,设置 R_(L) 的取值为 0.5kΩ, 1kΩ, 3kΩ 三个不同的值,仿真结果如图 4.5.4所示。

图4.5.4 负载 R_(L)RL​ 变化时的频率特性

图中,自上至下分别对应于 R_(L) 取值 3kΩ, 1kΩ, 0.5kΩ 的情况。可以看出,随着负载的减小,增益不断降低,但同时带宽不断增加,这与我们此前在4.3.1节中关于增益带宽积所进行的理论分析结论一致。使用软件自带的测量工具(在Trace arrow Evaluate Measurement菜单项下)对该曲线进行分析,可得其3dB带宽及中频增益,见表4.5.1。

表 4.5.1 图 4.5.4 所示曲线数值分析

R_(L) 取值0.5 kΩ1 kΩ3 kΩ
增益105.89155.80227.18
3 dB带宽/MHz9.967.255.22
增益带宽积1054.6641129.551185.88

为分析信号源内阻 Rₛ 变化对于增益和带宽的影响,可将 Rₛ 的值设置为变量并使用参数仿真。仿真时,设置 Rₛ 的取值为 0Ω, 100Ω, 200Ω 三个不同的值,仿真结果如图 4.5.5所示。图中,自上至下分别对应于 Rₛ 取值 0, 100Ω, 200Ω 的情况。可以看出,随着源内阻的减小,增益和带宽均不断增加,这与我们此前在4.3.1节中关于增益带宽积所进行的理论分析结论一致。使用软件自带的测量工具(在Trace arrow Evaluate Measurement菜单项下)对该曲线进行分析,可得其3dB带宽及中频增益,见表4.5.2(为进一步比对,表中还加入了基准仿真中 Rₛ = 10Ω 的情况)。

表 4.5.2 图 4.5.5 所示曲线数值分析

Rₛ 取值0 Ω10 Ω100 Ω200 Ω
增益158.66155.8134.05116.05
3 dB带宽/MHz13.007.251.661.01
图 4.5.5 源内阻 RₛRs​ 变化时的频率特性
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